加热管道及半导体制造设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种加热管道及半导体制造设备。

背景技术

在半导体制造工艺中，半导体薄膜沉积工艺是关键的生产技术。在半导体薄膜沉积工艺中，需要使用管道将气态前驱体导入反应腔，在导入过程中需要保持管道内部较高温度。在管道外部加装加热装置成为半导体薄膜沉积工艺中的常用手段。

在管道外部加装的加热装置，通常为多个加热块衔接而成。首先，在进行管道维护时，会使用酸液对管道进行清洗，这就需要将加热装置去除，将管道浸入酸液中，清洗完毕后，还有将加热装置装上，这一维护过程占用了大量的维护时间；其次，为了提升管道的加热效果，还会在加热装置外部包覆保温棉，而加热过程中，保温棉由于加热块温度的影响，会融化粘附在加热块上，这就需要时常更换新保温棉并去除加热块上粘附的保温棉，这一维护过程十分繁琐，造成了大量的人力和物力的浪费。

为此，亟需一种加热管道，在有效的对管道内气态前驱体进行加热的同时，提升维护效率，节省生产成本。

发明内容

本发明解决的技术问题为如何在保证有效的对加热管道进行加热的同时，提升维护效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种加热管道，包括：内管以及包覆所述内管外壁的加热结构；所述加热结构用于通电后加热所述内管，所述加热结构为碳纤维编织丝。

在其中一个实施例中，所述碳纤维编织丝的直径为20mm-40mm。

在其中一个实施例中，所述碳纤维编织丝的排布方式为交错式全编织排布。

在其中一个实施例中，所述碳纤维编制丝在所述内管外壁呈网格状分布，且每一网格的面积为1mm

在其中一个实施例中，所述碳纤维编织丝的排布方式为绕所述内管外壁螺旋式均匀缠绕。

在其中一个实施例中，在沿内管延伸方向上，相邻所述碳纤维编织丝的间隔为1mm-5mm。

在其中一个实施例中，所述内管的材料包括玻璃钢、不锈钢、聚四氟乙烯或者二氧化硅。

在其中一个实施例中，所述加热管道还包括：绝缘管，所述绝缘管包覆所述内管外壁，所述绝缘管位于所述内管与所述加热结构之间。

在其中一个实施例中，所述绝缘管的材料包括石英、石棉、云母、玻璃、陶瓷或者聚四氟乙烯。

在其中一个实施例中，所述加热管道还包括：功能管，所述功能管包覆所述加热结构，所述加热结构位于所述内管与所述功能管之间；所述功能管包括保温管、热反射管或者外管中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述外管的材料包括玻璃钢、不锈钢、聚四氟乙烯或者二氧化硅；优选的，所述外管的材料与所述内管的材料相同。

本发明还提供一种半导体制造设备，包括上述加热管道。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供的加热管道，包括：内管以及包覆所述内管外壁的加热结构；所述加热结构用于通电后加热所述内管，所述加热结构为碳纤维编织丝。如此，利用了碳纤维编织丝的耐腐蚀性，采用碳纤维编织丝包覆内管，在通电后用于加热内管，避免了维护加热管道时酸液腐蚀加热结构，提高了维护效率，节省了生产成本。

另外，碳纤维编织丝使用交错式全编织的排布方式时，碳纤维编制丝在内管外壁呈网格状分布，且每一网格的面积为1mm

另外，碳纤维编织丝使用绕内管外壁螺旋式均匀缠绕的排布方式时，在沿内管延伸方向上，相邻碳纤维编织丝的间隔为1mm-5mm。如此，保证了碳纤维编织丝具有合适的排布密度。在加热时，相邻碳纤维编织丝之间的空隙较小因而对内管加热的均匀性影响小，避免内管出现温度冷点，使得内管的受热均匀性好，从而避免了管道内气态前驱体因温度降低发生变性，进而保证了半导体生产良率。

另外，内管的材料包括玻璃钢、不锈钢、聚四氟乙烯或者二氧化硅。上述材料均为耐腐蚀性较好的材料，如此，使用耐腐蚀性较好的材料作为内管的材料，使得在对内管通酸液进行清洗维护时，避免了酸液腐蚀内管，增加了内管使用寿命。

另外，绝缘管的材料包括石英、石棉、云母、玻璃、陶瓷或者聚四氟乙烯。上述材料均为绝缘性较好的材料，如此，使用绝缘性较好的材料作为绝缘管的材料，使得在加热结构对内管进行加热时，避免加热结构与内管直接接触而导致电流流向内管，而且，若内管由于电流流入导致自身产生热量，会对内管的加热温度产生影响而影响内管中气体的性质，进而影响半导体生产良率，同时影响内管的使用寿命。

另外，功能管包覆加热结构，加热结构位于内管与功能管之间，功能管为外管，外管的材料包括玻璃钢、不锈钢、聚四氟乙烯或者二氧化硅。在加热结构外包覆外管，使得内管、加热结构和外管构成一体密封管，内管与外管的材料均具有防腐蚀的作用，如此，密封一体管不但保证较好的加热效果，避免内管中气体发生变性，而且在维护时拆卸方便，内外管均使用防腐蚀材料，可以直接将加热管道放入酸液中清洗，提高维护效率，节省维护成本。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明的第一实施例提供的加热管道的半剖结构示意图；

图2为本发明的第二实施例提供的加热管道的半剖结构示意图；

图3为本发明的第三实施例提供的半导体制造设备的半剖结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有亟需提供一种加热管道，有效的对管道加热的同时，提升维护效率。

可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一数量称为第二数量，且类似地，可将第二数量称为第一数量。第一数量和第二数量两者都是数量，但其不是同一数量。

为解决上述问题，本发明提供一种加热管道，利用碳纤维编织丝作为加热结构包覆内管外壁，通电后用于加热内管。由于碳纤维编织丝的耐腐蚀性，避免了维护加热管道时酸液腐蚀加热结构，简化了加热管道的结构，提高了维护效率，节省了生产成本。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

图1为本发明的第一实施例提供的加热管道的半剖结构示意图。

参考图1，本实施例提供的加热管道包括：内管101与包覆内管101外壁的绝缘管102；加热结构103，加热结构103包覆绝缘管102，绝缘管102位于内管101与加热结构103之间；功能管104，功能管104包覆加热结构103，加热结构103位于绝缘管102与功能管104之间；所述加热结构103用于通电后加热所述内管101，所述加热结构103为碳纤维编织丝。

以下将结合附图对本实施例提供的加热管道进行详细说明。

在本实施例中，内管101起到承载并运输气体的作用。在运输过程中，气体中的部分物质会残留在内管101中。因此，在对内管101进行维护时，会向内管101通入酸液进行清洗，去除残留物质，这就需要内管101的材质耐腐蚀性要相对较好。并且，加热结构103要对内管101进行加热，从而保证内管101内部温度，防止气体变性，这也需要内管101的材质耐高温性要好。

在本实施例中，为符合上述要求，内管101的材料可以是金属，如不锈钢；可以是非金属，如玻璃钢、聚四氟乙烯或者二氧化硅。

在本实施例中，绝缘管102起到隔绝电流的作用。若将绝缘管102去除掉，内管101与加热结构103直接接触，内管101的材料为导电材料，如不锈钢时，会与加热结构103构成回路，加热结构103通电时，会在内管101上产生电流，导致内管101发热，产生的热量导致温度变化容易对内管101承载的气体产生不良影响。因此，在内管101外壁设置绝缘管102，绝缘管102完全包覆内管101外壁，在不影响加热结构103对内管101进行加热的基础上，将内管101与加热结构103隔绝。

在本实施例中，为符合上述要求，绝缘管102的材料可以是石英、石棉、云母、玻璃、陶瓷或者聚四氟乙烯。

值得说明的是，在其他实施例中，绝缘管102可以是涂覆在内管101外壁的绝缘涂层。使用绝缘涂层，不但在加热结构103对内管101进行加热时，传热速度快，而且绝缘涂层的厚度几乎可忽略不计，有效的降低了加热管道的直径，节约加热管道在生产中占用的空间。

在本实施例中，加热结构103是碳纤维编织丝，起到对内管101加热的作用。由于加热管道维护时，需要去除内管101中的残留物质，在对内管101进行通酸液清洗的过程中，酸液可能会腐蚀加热结构103，破坏加热结构103。因此，加热结构103不但需要有较好的导电性和耐热性，还要有较好的耐腐蚀性，而碳纤维编织丝是由含碳量在90％以上的高强度高模量纤维单丝组成，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀的特性，避免了维护加热管道时酸液腐蚀加热结构103，简化了加热管道的结构，提高了维护效率，节省了生产成本。

在本实施例中，一根碳纤维编织丝是由3000-6000根碳纤维单丝组成，例如由4000根、4500根、5000根或者5500根组成。

在本实施例中，一根碳纤维编织丝的直径为20mm-40mm，例如直径为24mm、28mm、33mm或者36mm。

在本实施例中，碳纤维编织丝的排布方式为绕内管外壁螺旋式均匀缠绕。

在本实施例中，在沿内管101延伸的方向上，相邻碳纤维编织丝的间隔可以是1mm-5mm，例如间隔是2mm或者4mm。由于相邻碳纤维编织丝的间隔较小，在使用加热结构103对内管101进行加热时，碳纤维编织丝的缠绕密度满足加热温度要求，保证在间隙部位不会出现冷点，防止内管101内部的气体发生变性，从而提高半导体生产良率。

在本实施例中，功能管104是外管，起到保温隔热防止腐蚀的作用。在对加热管道进行维护时，需要去除内管101残留物质，使用酸液对内管101进行清洗，为提高清洗效率，可将加热管道直接浸入酸液中清洗。因此，在加热结构103上设置功能管104，功能管104完全包覆加热结构103，不但防止热量散失，而且功能管104有较好的防腐蚀性，能够帮助提升加热管道维护时的清洗效率。

在本实施例中，为达到上述作用，功能管104的材料可以是金属，如不锈钢；可以是非金属，如玻璃钢、聚四氟乙烯、二氧化硅。

在本实施例中，由于功能管104包覆加热结构103，也使得内管101、绝缘管102、加热结构103和功能管104形成一个密封的一体管，如此，加热管道成为密封一体管，不但保证对管道内气体较好的加热效果，避免气体由于温度降低发生变性，而且在维护时拆卸方便，内外管均使用防腐蚀材料，可以直接将加热管道放入酸液中清洗，提高维护效率，节省维护成本。

值得说明的是，在其他实施例中，功能管104是保温管，起到隔热保温的作用。若将功能管104去除掉，加热结构103在通电后产生的热量部分会散失在空气中，对内管101加热的温度不易控制，且导致能量浪费。因此，在加热结构103上设置功能管104，功能管104完全包覆加热结构103，防止热量散失，帮助控制加热结构103对内管101加热时的温度。为符合上述要求，功能管104的材料可以是硅酸钙、石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维或者复合硅酸盐。

值得说明的是，在其他实施例中，功能管104是材料为轻质保温材料的保温管，如泡沫混凝土。使用轻质保温材料，在保证功能管104的保温效果的基础上，降低了加热管道的重量，提高了加热管道安装与拆卸的效率。

值得说明的是，在其他实施例中，功能管104是热反射管，起到反射热量、防止热量散失的作用。为达到上述作用，功能管104的材料可以是铝。

值得说明的是，在其他实施例中，功能管104可以是保温管、热反射管、外管中至少两种的组合。

在现有技术中，通常使用多个加热块对内管进行加热，加热块与加热块之间存在间隙，加热块无法保证间隙的温度达到预定温度，使得间隙部位存在冷点，冷点导致内管内气体发生变性，进而影响半导体生产良率；而且为了保证加热块的加热效果，在加热块表面包覆了保温棉，保温棉受高温会发生融化，导致在进行管道维护时极为不便，需时常去除点融化后的保温棉进行更换，浪费大量人力物力。

本实施例提供的加热管道，第一，是采用螺旋式均匀缠绕排布的碳纤维编织丝作为加热结构包覆内管，利用碳纤维编织丝加热效果好、耐腐蚀的特性，不但提高了管道维护时管道清洗的效率，节省了生产成本，而且通过设置合适的碳纤维编织丝螺旋式均匀缠绕的密度，避免了加热过程中管道出现冷点，保证了管道内气态前驱体不会由于温度降低发生变性，进而提高了半导体生产良率；第二，在加热结构和内管之间设置有绝缘管，避免了加热结构和内管直接接触，进而保证在加热结构对内管进行加热时，加热结构中的电流不会进入内管中，防止内管由于通电流产生热量，影响管道内气态前驱体的性质，且防止内管由于通有电流而缩短使用寿命；第三，是在加热结构表面包覆耐腐蚀的外管，使整个加热管道成为一个密封的一体管，如此，不但防止热量散失，保证了整个加热管道的加热效果，而且在进行管道维护时，拆卸方便，直接将加热管道浸入酸液中清洗，提高维护效率，无需时常更换保温结构，节省维护成本。

本发明第二实施例提供了一种加热管道，与第一实施例不同的是，本实施例中，加热结构碳纤维编织丝的排布方式为交错式全编织。以下将结合附图进行详细说明，需要说明的是，与第一实施例相同或相应的特征，可参考第一实施例的相应说明，以下不再赘述。

图2为本发明的第二实施例提供的加热管道的半剖结构示意图。

参考图2，本实施例提供的加热管道包括：内管201与包覆内管201外壁的绝缘管202；加热结构203，加热结构203包覆绝缘管202，绝缘管202位于内管201与加热结构203之间；功能管204，功能管204包覆加热结构203，加热结构203位于绝缘管202与功能管204之间；所述加热结构203用于通电后加热所述内管201，所述加热结构203为碳纤维编织丝。

以下将结合附图对本实施例提供的加热管道进行详细说明。

在本实施例中，加热结构203中碳纤维编织丝的排布方式为交错式全编织。全编织，即将至少两束碳纤维编织丝互相交错或钩连而组织起来，形成条状或块状类的编织物。碳纤维编织丝使用交错式全编织的方式排布，碳纤维编织丝在绝缘管202外壁呈网格状分布；碳纤维编织丝在绝缘管202外壁构成一个一个网格状的结构，包覆绝缘管202对内管201进行均匀加热，温度易控制。

在本实施例中，加热结构203中单个网格的面积可以是1mm

本实施例提供的加热管道，采用交错式全编织排布的碳纤维编织丝作为加热结构包覆内管，通过设置合适的碳纤维编织丝交错式全编织网格的面积，避免了加热过程中管道出现冷点，保证了管道内气态前驱体不会由于温度降低发生变性，进而提高了半导体生产良率。

本发明第三实施例提供了一种半导体制造设备，包括上述的加热管道；还可以包括：电源装置，用于向加热结构供电；测温装置，用于测量内管的温度；控制装置，用于基于测温装置测量的温度，调整电源装置向加热结构供电的电压。

图3为本发明的第三实施例提供的半导体制造设备的半剖结构示意图。

具体地，参考图3，本实施例提供的半导体制造设备包括：电源装置301、测温装置302、控制装置303和加热管道304；其中，加热管道304中还包括内管3041、加热结构3042、功能管3043和绝缘管3044。

以下将结合附图对本实施例提供的半导体制造设备进行详细说明。

在本实施例中，电源装置301与加热结构3042之间使用导线连接，电源装置301对加热结构3042进行供电；加热结构3042通电对内管3041加热；绝缘管3044位于加热结构3042与内管3041之间；测温装置302位于功能管3043外壁，其感温端接触内管3041，实时测量内管3041的温度；控制装置303与电源装置301之间使用导线连接，控制装置303通过调节电源装置301的输出电压来调节加热结构3042的加热温度。

在本实施例中，测温装置302是热电偶，在功能管3043管壁开有测温孔，测温孔为通孔，露出内管3041的外表面，测温装置302的测温端通过测温孔与内管3041接触。

在本实施例中，使用止付螺钉(图中未标出)将测温装置302固定在功能管3043外壁。

值得说明的是，在其他实施例中，测温装置302可以是接触式测温仪或无线测温装置，测温装置302可以设置在除功能管3043管壁之外其他位置，例如加热管道304输入端或输出端。

在本实施例中，电源装置301位于加热管道304的气体输入端。

值得说明的是，在其他实施例中，电源装置301可以设置除加热管道304的气体输入端之外其他位置，例如加热管道304的气体输出端。

在本实施例中，控制装置303位于加热管道304的气体输入端。

值得说明的是，在其他实施例中，控制装置303可以设置除加热管道304的气体输入端之外其他位置，例如加热管道304的气体输出端。

本实施例提供的半导体制造设备，在进行半导体薄膜沉积制成中，能够为加热管道中的加热结构供电，实时测量加热管道中的内管的温度，及时控制加热结构对内管的加热温度，保证加热管道中内管的实时温度，避免气态前驱体因温度变化发生变性，提高半导体生产良率；且加热管道为密封一体管，结构简单，易于维护，降低生产成本。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。